CC BY
15
Задача (5) решается аналитически, температура внутренней стенки определяется выражением: (Т - Т )аш 1п К
T =
w
-— + T
^p , R s
— + а7„ ln
rA
'0 Г0 . Наибольшую трудность здесь представляет вычисление термодинамических параметров отводимого газа.
Динамическая вязкость ^, число Прандтля Рг, атакже
(6)
критические давление, температура и плотность вычислялись по методу регламентируемому ГОСТР8.770-2011. А
С„
Zn
, ко-
изобарная теплоемкость p , фактор сжимаемости . эффициент Джоуля-Томпсона ^ по ГОСТР 8.662-2009.Согласно данным методикам, физические свойства реального газа (или смеси газов) определяются как функции свободной энергии Гельмгольца и ее производных, неидеальная составляющая которой, в свою очередь, определяется из уравнения состояния AGA 8 для относительной плотности смеси газов ^ :
3
pxK 5RL
= Zo = 1 4
B-5
K3
5ZС -тн" +2С -тн"5bn \bn -cnkn5kn )exp(-си5kn)
n=13
n=13
(7)
Для определения коэффициента гидравлического сопротивления используется уравнение Кольбрука:
1
/
= -2ln
2.51 Ad
+ ■
V
Re^/V 3.7
J
(8)
Уравнение (8) решалось стандартным итерационным методом.Эквивалентная шероховатость принята
Ad = 3-10-6
м.
Уравнения (1), вместе с (2), (3), (6), (8) и представлением термодинамических параметров газа как функций температуры и давления, представляют собой задачу
Коши, которая решается классическим методом Рунге-Кутта четвертого порядка точности.
Предложена математическая модель стационарного неизотермического течения нефтяного попутного газа, в трубопроводе малого диаметра. Данная модель позволяет, используя метод стрельбы, определять максимальную пропускную способность трубопровода, проводить его технологический расчет, учитывая компонентный состав газа, теплопроводность стенок отводящего трубопровода.
РАСЧЕТ ФОРМЫ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ ПОСЛЕ ТРУБОФОРМОВОЧНОГО
ПРЕССА SMS MEER
Шинкин Владимир Николаевич
доктор физ.-мат. наук, профессор НИТУ «МИСиС», г. Москва
Производство труб большого диаметра. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и газа является важнейшей частью экономики России. Для обеспечения высоких требований к эксплуатации магистральных трубопроводов в практике трубного производства утвердился процесс формовки трубной заготовки по схеме JCOE, разработанный фирмой SMS Meer [1-17].
Дефект образования гофра продольной кромки трубной заготовки на кромкогибочном прессе (КГП) SMS Meer изучался в работах [1, 2, 5, 9], вредное влияние остаточных напряжений металла после трубоформовочного пресса (ТФП) SMS Meer на процесс экспандирования трубы - в [1, 2, 15], дефект «точка перегиба» при изгибе трубной заготовки на ТФП SMS Meer - в [1, 2, 17], дефект несплавления сварного продольного шва при сборке трубы - в [1, 2, 18], дефект трубы раскатной пригар с риской - в [1, 2, 19], процессы правки стального листа на многороликовых листоправильных машинах SMS Siemag и Fagor Arrasate для производства труб - в [20-23].
Пошаговая формовка заготовки. Пусть Lm - расстояние между бойками (матрицами), Дт - параметр бойков, rp и rm - соответственно радиусы рабочих поверхностей пуансона и матриц, ф - угол границы зоны контакта формовочного ножа с листовой заготовкой (рис. 1).
Сопротивление деформации металла заготовки стт* = цТФПстт, где цТФП = const « 1 - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость деформации заготовки на трубоформовочном прессе; стт - предел текучести стали. После деформации стальная заготовка частично распружинивается. Остаточный радиус кривизны нейтральной плоскости заготовки после распружинива-ния р0 и коэффициент пружинения заготовки в равны
1
Po =ß(P> Р, ß(P> =
Пр + Пс
1__р_с
2E
(
1 - 2
hE
Vi
1 +
* А
РСТ т
hE
где И и р - толщина и радиус кривизны нейтральной плоскости стальной листовой заготовки при формовке; Е -модуль Юнга; Пр и Пс - модули упрочнения при растяжении и сжатии.
Полиноминальная форма заготовки
Рисунок 1. Гибка заготовки на ТФП SMS Meer
Пусть Нобж и H = Нобж + И - соответственно величины обжатия листовой заготовки и ее срединной плоскости формовочным ножом (пуансоном).
Максимальное значение обжатия заготовки (формовочный нож «упирается» через листовую заготовку в бойки) равно
Hmx = Гр + Гт + h -J('
Г + Г +
p m
h2-[ l+Л.
x.
0 p
v
з Гр+2
-Нгр + Гт +
h
L,
m + Л - x
+ Лт x0 p
h
= |Гт + 2
0 p
x.
0 p
h + 2
- Hp + Гт +
- 2 Г. + 2
h Y L
2
- + A - x,
0 p
При рабочих значениях обжатия H (Нгр < Н < Hmax) угол ф > 0. Значение Hrp находим из системы двух уравнений, решая ее относительно Hrp и хор:
( V
Для описания формы нейтральной плоскости заготовки вне зоны контакта заготовки с формовочным ножом введем две системы координат x-y и x2-y2. Форму нейтральной поверхности заготовки между пуансоном и матрицей вне области контакта с формовочным ножом будем приближать с помощью кубического полинома вида у2(х2) = а х22 - Ь х23.
Координаты центра рабочей цилиндрической поверхности правой матрицы в системе координат х2-у2 равны
Х2т (Ф) = K (Ф) ^ф + К2 (Ф) Sin Ф, У2т (ф) = (ф) sin ф + K2 (ф)^ф,
К1(Ф) = ^ + Л m
Гп +-p 2
h1 • ^ / ч тт h
Sin Ф, K2 (ф) = H + 2 - г
— I —
h
Гп +-
p 2
(1 - С0Sф).
Обозначим координаты точки нейтральной плоскости заготовки, соответствующей точке касания заготовки с правой матрицей, в системах координат x-y и х2-у2 соответственно через ^0, у0) и ^20, у20).
Значения ф и x20 удовлетворяют системе двух нелинейных уравнений:
(x2m (ф) - Х20 )
1 +
^p + \
2\
2
= 1 Гт (Ф) + ^
x
20
2г
p
x
20
Зг
V V
- У2т (Ф)
= Х2m (Ф) - x20.
J
Решая эту систему уравнений, находим числовые значения ф и x20. Далее находим форму нейтральной поверхности заготовки в системе координат x2-y2:
a
2
гP + p 2
h 1
b
6 x
20
Г„ +
p 2
h 1 J
, У2 (x2) = ax22 - bx23 ,
2
2
2
2
2
+
2
2
2
1
1
У20 = У2 (x20) = ax20 bx20
О — x2 — x20 •
Хп
Зависимость x0 и y0 от x20 и y20 имеет вид
г
x20 cos ф - y20 sin ф +
V
Гп +-p 2
sin ф,
h
ГП + ~ p 2
(l - cosф).
У
p( x) = rp + h = const, s( x) = —1
2 r +
p
Радиус кривизны нейтральной линии заготовки между пуансоном и матрицей вне области контакта заготовки с формовочным ножом в системе координат x-y равен
3
2'
^0 = Х2081П Ф + ^20^ф +
V 2 у
В области контакта заготовки с формовочным ножом радиус кривизны нейтральной плоскости заготовки в системе координат x-y равен
' ИЛ г„ + -
= const, 0 — x —
V
2
sin ф.
p(x2)=
1 + (2ax2 - 3bx2
1
2a - 6bx9
2 1
S(x2)=
P2(x2) h Л .
sin ф,
p 2 у
x(x2) = x2 cosф-(ax22 -bx22)sinф + ^ y(x2) = x2 sin ф + (ax22 - bx22)cosф + ^rp + (l - cosф)
Г
0 — x2 — x2Q,
h
p 2
sin ф — x — x0 •
V 2У
Правее области контакта заготовки с правой матрицей радиус кривизны нейтральной плоскости заготовки в системе координат x-y равен:
р(х) = <х>, е(х) = 0, х0 < х.
И 2
Зная радиус кривизны р^) нейтральной плоскости заготовки при формовке, находим радиус кривизны и кривизну нейтральной плоскости заготовки после формовки (распружинивания):
Р0( х) = р(Р( х)) -р( x), е 0(х) =
р0( х)
При пошаговой формовке один и тот же бесконечно малый участок заготовки может деформироваться дважды. В качестве окончательного значения кривизны такого участка выберем максимальное значение из двух значений кривизны его различных формовок.
Численная многорадиусная схема расчета. Обозначим конечную высоту распружиненной трубной заготовки через Щ, а конечное отклонение кромки заготовки от вертикальной линии, проходящей через середину ширины заготовки, через 1р. Получить точное значение профиля нейтральной плоскости стальной листовой заготовки ^р, уР), Нр и 1Р после распружинивания можно с помощью численной многорадиусной схемы расчета, в которой начало системы координат x-y выбрано в точке срединной поверхности заготовки, соответствующей середине ширины заготовки:
nD
j = 1...N (N = 1000), xj = — j, poj =Pq(x.),
nD AS,-
ASq = 0, ASj =—-, Vo = 0, A^j =—j, Vj = AVQ + ...Ayy,
2N p0j
УРо = 0, УР/ = yP/-1 +Poj-1(cosVj-1 -cosVj), ypN + h (1 -cos Vn)= H\
2
xpo = q, xpj = xpj-1 +p0j-1(sta vj. -sin Vj-1), xpN -fsrn Vn = lp•
Делая расчеты для трубы диаметром D = 1420 мм при E = 2-101Ша, стт = 500 МПа, Пр = Пс = 8,8-109Па, r = 561,0 мм, rp = 500 мм, rm = 50 мм, Am = 25 мм, Lm = 461,5 мм, h = 19 мм, H = 50 мм, Шбж = H - h = 31 мм, получаем H\ = 1505,51 мм (H\ - D= 85,51 мм) и l\ = 78,86 мм (2l\ = 157,72 мм).
Список литературы 1. Шинкин В.Н. Механика сплошных сред для металлургов. - М: Изд. Дом МИСиС, 2014. - 628 с.
2. Шинкин В.Н. Сопротивление материалов для металлургов. - М: Изд. Дом МИСиС, 2013. - 655 с.
3. Шинкин В.Н. Сопротивление материалов. Простые и сложные виды деформаций в металлургии. - М: Изд. Дом МИСиС, 2008. - 307 с.
4. Шинкин В.Н. Гофр продольной кромки листа при его формовке на кромкогибочном прессе // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2009. Вып. 6. С. 171-174.
5. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Формовка листовой заготовки в кромкогибочном прессе и условие воз-
никновение гофра при производстве труб магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011. № 4. С. 14-22.
6. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Упругопластическое изменение металла на кромкогибочном прессе при формовке труб большого диаметра // Сталь. 2011. № 6. С. 53-56.
7. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Elastoplastic shaping of metal in an edge-ending press in the manufacture of large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 6. P. 528-531.
8. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Модель пластического формоизменения кромок листовой заготовки при производстве труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Известия вузов. Черная металлургия. 2011. № 9. С. 45-49.
9. Шинкин В.Н. Математическое моделирование процессов производства труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. №4 (62). Вып. 4. С. 69-74.
10. Шинкин В.Н., Коликов А.П., Барыков А.М. Технологические расчеты процессов производства труб большого диаметра по технологии SMS Meer // Металлург. 2011. № 11. С. 77-81.
11. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Engineering calculations for processes involved in the production of large-diameter pipes by the SMS Meer technology // Metallurgist. 2012. Vol. 55. Nos. 11-12. P. 833-840.
12. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процесса формовки заготовки для труб большого диаметра // Сталь. 2011. № 1. С. 54-58.
13. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Simulation of the shaping of blanks for large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 1. P. 61-66.
14. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Расчет формы трубной заготовки при гибке на кромкогибочном и тру-боформовочном прессах фирмы SMS Meer при производстве труб большого диаметра по схеме JCOE // Производство проката. 2014. № 12. С. 13-20.
15. Шинкин В.Н., Коликов А.П., Мокроусов В.И. Расчет максимальных напряжений в стенке трубы при
экспандировании с учетом остаточных напряжений заготовки после трубоформовочного пресса SMS Meer // Производство проката. 2012. № 7. С. 25-29.
16. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процессов экспандирования и гидроиспытания труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011. № 10. С. 12-19.
17. Шинкин В.Н. Критерий перегиба в обратную сторону свободной части листовой заготовки на тру-боформовочном прессе SMS Meer при производстве труб большого диаметра // Производство проката. 2012. № 9. С. 21-26.
18. Шинкин В.Н., Барыков А.М., Коликов А.П., Мокроусов В.И. Критерий разрушения труб большого диаметра при несплавлении сварного соединения и внутреннем давлении // Производство проката. 2012. № 2. С. 14-16.
19. Шинкин В.Н., Мокроусов В.И. Критерий разрыва труб газонефтепроводов при дефекте «раскатной пригар с риской» // Производство проката. 2012. № 12. С. 19-24.
20. Шинкин В.Н., Федотов О.В. Расчет технологических параметров правки горячекатаной рулонной полосы на пятироликовой машине линии Fagor Arrasate // Производство проката. 2013. № 9. С. 43-48.
21. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Расчет технологических параметров холодной правки стального листа на девятироликовой машине SMS Siemag металлургического комплекса стан-5000 // Производство проката. 2014. № 5. С. 7-15.
22. Шинкин В.Н. Расчет технологических параметров правки стального листа на одиннадцатироликовой листоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Производство проката.
2014. № 8. С. 26-34.
23. Шинкин В.Н. Математическая модель правки тонкого стального листа на пятнадцатироликовой ли-стоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Производство проката.
2015. № 1. С. 42-20.
ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ КОГЕРЕНТНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Шулепко Никита Михайлович
аспирант, МАТИ- Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского,
кафедры системного анализа, г.Москва Шерышев Алексей Евгеньевич
доцент, к.т.н., МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского,
кафедры системного анализа, г.Москва Могильная Татьяна Юрьевна
профессор, МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского, кафедры
приборы, г.Москва
В настоящее время получили широкое распространение спектральные методы контроля параметров. К ним относятся: во-первых, акустооптическая спектроскопия -метод получения спектральных данных, предназначенных для оценки спектрального распределения оптического излучения, позволяющего определять состав исследуемого
вещества. По сравнению с традиционными спектральными приборами, акустооптическая спектроскопия обладает целым рядом особенностей, которые позволяют использовать в недоступных ранее областях измерений. В России разработан широкий спектр приборов [1] для раз-
